Урок за вградени системи

Преди да научим вградената система, нека научим:

Какво е система?

Системата е система, при която всички нейни компоненти работят според специфично определени правила. Това е метод за организиране, работа или изпълнение на една или повече задачи според фиксиран план.

Пример за вградени системи

Лазерен принтер

Лазерните принтери са един от примерите за вградени системи, които използват вградени системи за управление на различни аспекти на печата. Освен изпълнението на основната задача за отпечатване, той трябва да приема входове от потребителя, да управлява комуникацията с компютърната система, да обработва повреди и да усеща хартията, оставена в тавата и т.н.

Тук основната задача на микропроцесора е да разбира текста и да управлява печатащата глава по такъв начин, че да изхвърля мастилото там, където е необходимо.

За да извърши това, той трябва да декодира различните файлове, дадени му и да разбере шрифта и графиките. Ще изразходва значително процесорно време за обработка на данните, както и ще трябва да приема потребителски входове, управление на двигатели и т.н.

История на вградената система

Ето важни етапи от историята на вградените системи:

• През 1960 г. вградената система е използвана за първи път за разработване на система за насочване Apollo от Чарлз Старк Дрейпър в MIT.
• През 1965 г. Autonetics разработи D-17B, компютърът, използван в системата за насочване на ракети Minuteman.
• През 1968 г. е пусната първата вградена система за превозно средство.
• Texas Instruments разработи първия микроконтролер през 1971 г.
• През 1987 г. първата вградена операционна система, VxWorks, беше пусната от Wind River.
• MicrosoftЕ Windows вграден CE през 1996 г.
• В края на 1990-те години се появи първата вградена Linux система.
• Пазарът на вградени устройства достигна 140 милиарда долара през 2013 г.
• Анализаторите предвиждат пазар на вградени устройства над 40 милиарда долара до 2030 г.

Характеристики на вградена система

Следват важни характеристики на вградената система:

• Изисква изпълнение в реално време
• Трябва да има висока наличност и надеждност.
• Разработено около операционна система в реално време
• Обикновено има лесна и бездискова операция, ROM зареждане
• Проектиран за една конкретна задача
• Той трябва да бъде свързан с периферни устройства за свързване на входни и изходни устройства.
• Предлага висока надеждност и стабилност
• Необходим минимален потребителски интерфейс
• Ограничена памет, ниска цена, по-малко консумация на енергия
• Не се нуждае от никакви вторична памет в компютъра.

Важни терминологии, използвани във вградената система

Сега в този урок за вградени системи ще разгледаме някои важни термини, използвани във вградените системи.

надеждност

Тази мярка за вероятността за оцеляване на системата, когато функцията е критична по време на изпълнение.

Толерантност към грешки

Устойчивостта на грешки е способността на компютърната система да оцелее при наличие на грешки.

В реално време

Вградената система трябва да отговаря на различни времеви и други ограничения. Те са му наложени от естественото поведение на външния свят в реално време.

Например отдел на военновъздушните сили, който следи входящите ракетни атаки, трябва точно да изчисли и планира своята контраатака поради трудни срокове в реално време. В противен случай ще се унищожи.

Гъвкавост

Той изгражда системи с вградени възможности за отстраняване на грешки, което позволява дистанционна поддръжка.

Например, вие изграждате космически кораб, който ще кацне на друга сеялка, за да събере различни видове данни и да изпрати събраните подробности обратно до нас. Ако този космически кораб полудее и загуби контрол, трябва да можем да направим важна диагностика. Така че гъвкавостта е жизненоважна при проектирането на вградена система.

Преносимост

Преносимостта е мярка за лекотата на използване на един и същ вграден софтуер в различни среди. Това изисква обобщени абстракции между самата логика на приложната програма и системните интерфейси от ниско ниво.

Какво е микроконтролер?

Микроконтролерът е VLSI единица с един чип, която също се нарича микрокомпютър. Той съдържа цялата необходима памет и I/O интерфейси, докато един микропроцесор с общо предназначение се нуждае от допълнителни чипове, за да предложи тези необходими функции. Микроконтролерите се използват широко във вградени системи за приложения за управление в реално време.

Какво е микропроцесор?

Микропроцесорът е едночипово полупроводниково устройство. Неговият процесор съдържа програмен брояч, ALU, указател на стека, работен регистър, верига за синхронизиране на часовника. Той също така включва ROM и RAM, декодер на паметта и много серийни и паралелни портове.

Archiструктура на вградената система

По-долу е основната архитектура на вградената система:

1) Сензор

Сензорът ви помага да измервате физическата величина и я преобразува в електрически сигнал. Той също така съхранява измереното количество в паметта. Този сигнал може да бъде готов от наблюдател или от всеки електронен инструмент като A2D конвертор.

2) AD конвертор

AD преобразувател (аналогово-цифров преобразувател) ви позволява да преобразувате аналогов сигнал, изпратен от сензора, в цифров сигнал.

3) Памет

Паметта се използва за съхраняване на информация. Вградената система основно съдържа две клетки с памет 1) Енергонезависима 2) Енергонезависима памет.

4) Процесор и ASIC

Този компонент обработва данните, за да измери изхода и да го съхрани в паметта.

5) DA конвертор

DA преобразувател (цифрово-аналогов преобразувател) ви помага да преобразувате цифровите данни, подавани от процесора, в аналогови данни.

6) Задвижващ механизъм

Актуаторът ви позволява да сравните изхода, даден от DA преобразувателя, с действителния изход, съхранен в него, и съхранява одобрения изход в паметта.

Видове вградени системи

Три вида вградени системи са:

• Малка скала
• Среден мащаб
• Сложен

Малкомащабни вградени системи

Тази вградена система може да бъде проектирана с един 8 или 16-битов микроконтролер. Може да се управлява с помощта на батерия. За разработването на вградена система в малък мащаб, редакторът, асемблерът (IDE) и кръстосаният асемблер са най-важните инструменти за програмиране.

Вградени системи от среден мащаб

Тези типове вградени системи са проектирани с помощта на 16 или 32-битови микроконтролери. Тези системи предлагат както хардуерна, така и софтуерна сложност. C, C++, Java, и инструмент за инженеринг на изходния код и т.н. се използват за разработване на този вид вградена система.

Сложни вградени системи

Този тип вградени системи имат много хардуерни и софтуерни сложности. Може да имате нужда от IPS, ASIPS, PLA, конфигурационен процесор или мащабируеми процесори. За разработването на тази система се нуждаете от хардуерен и софтуерен съвместен дизайн и компоненти, които трябва да се комбинират в крайната система.

Разлика между микропроцесор и микроконтролер

Научете разликата между Микропроцесор и микроконтролер

Микропроцесорна	микроконтролери
Той използва функционални блокове като регистър, ALU, синхронизация и контролни единици.	Той използва функционални блокове от микропроцесори като RAM, таймер, паралелни I/O, ADC и DAC.
В микропроцесора инструкциите за обработка на битове са по-малко, само един или два вида.	Микроконтролерът предлага много видове инструкции за работа с битове.
Предлага бързо движение на код и данни между външна памет и микропроцесор.	Предлага бързо движение на код и данни в микроконтролера.
Помага ви да проектирате цифрови компютри с общо предназначение.	Помага ви да проектирате специализирани системи за специфични приложения.
Позволява ви да извършвате многозадачност наведнъж.	Това е система, ориентирана към една задача.
В микропроцесорната система можете да решите необходимия брой памет или I/O портове.	В микроконтролерната система фиксираното число за памет или I/O прави микроконтролера идеален за изпълнение на конкретна задача.
Предлага поддръжка за външна памет и I/O портове, което я прави по-тежка и по-скъпа система.	Този тип система е лека и по-евтина в сравнение с микропроцесора.
Външните устройства се нуждаят от повече място и тяхната консумация на енергия е доста по-висока.	Този тип система консумира по-малко пространство и консумацията на енергия също е много ниска.

Приложения на вградени системи

Следват важните приложения на вградената система:

Роботизирана наука

• Наземни превозни средства
• Дронове
• Подводни превозни средства
• Промишлени роботи

медицински

• Диализна машина
• Инфузионни помпи
• Сърдечен монитор
• Протезно устройство

Автомобилни новини

• Управление на двигателя
• Система за запалване
• Спирачна система

Мрежи

• рутер
• хъбове
• Gateways
• Електронни инструменти

Домашни устройства

• телевизори
• Digiтал аларма
• Климатик
• DVD видео плейър
• Камери

Автомобили

• Впръскване на гориво
• Осветителна система
• Брави за врати
• Въздушни възглавници
• Windows
• Система за асистент при паркиране
• Аларми против кражба Whippers Motion

Industrial Control

• Роботика
• Система за контрол на
• ракети
• Ядрени реактори
• Космически станции
• совалки

Предимства на вградената система

Ето плюсовете/ползите от използването на вградена система:

• Той е в състояние да покрие голямо разнообразие от среди
• Less вероятно ще доведе до грешки
• Вградената система опростява хардуера, което намалява общите разходи.
• Предлага подобрена производителност
• Вградената система е полезна за масово производство.
• Вградената система е много надеждна.
• Има много малко взаимовръзки.
• Вградената система е с малък размер.
• Има бърза операция.
• Предлага подобрено качество на продукта.
• Оптимизира използването на системните ресурси.
• Има работа с ниска мощност.

Недостатъци на вградената система

Ето важни минуси/недостатъци на използването на вградена система.

• Разработването на вградена система изисква големи усилия за разработка.
• Нуждае се от много време за пускане на пазара.
• Вградените системи изпълняват много специфична задача, така че не могат да бъдат програмирани да правят различни неща.
• Вградените системи предлагат много ограничени ресурси за памет.
• Не предлага никакви технологични подобрения.
• Трудно е да се архивират вградени файлове.

Oбобщение

• Системата е подредба, при която всичките й компоненти работят според специфично определени правила.
• Дефиниция на вградена система: Вградени системи, означаващи комбинация от компютърен софтуер и хардуер, които са с фиксирани възможности или програмируеми.
• Пример за вградени системи е лазерният принтер, който управлява различни аспекти на печата.
• През 1960 г. вградената система е използвана за първи път за разработване на система за насочване Apollo от Чарлз Старк Дрейпър в MIT.
• Вградената система изисква производителност в реално време
• Мярка за надеждност на вероятността за оцеляване на системата, когато функцията е критична по време на изпълнение.
• Устойчивостта на грешки е способността на компютърната система да оцелее при наличие на грешки.
• Вградената система трябва да отговаря на различни времеви и други ограничения.
• Гъвкавостта е изграждане на системи с вградени възможности за отстраняване на грешки, което позволява дистанционна поддръжка.
• Преносимостта е мярка за лекотата на използване на един и същ вграден софтуер в различни среди.
• Микроконтролерът е VLSI единица с един чип, която също се нарича микрокомпютър.
• Микропроцесорът е едночипово полупроводниково устройство. Неговият процесор съдържа програмен брояч, ALU, указател на стека, работен регистър, верига за синхронизиране на часовника.
• ArchiСтруктурата на вградената система включва: сензор, AD конвертор, памет, процесор и ASIC, DA конвертор и задвижващ механизъм.
• Три вида вградени системи са: 1) малък мащаб, 2) среден мащаб и 3) сложни.
• Основната разлика между микропроцесора и микроконтролера е, че при микропроцесора инструкциите за битова обработка са по-малко, докато микроконтролерът предлага много видове инструкции за битова обработка.
• Приложението на вградената система включва: 1) роботизирана наука, 2) медицина, 3) автомобилостроене, 3) мрежи, 4) домашни устройства, 5) автомобили и 6) индустриален контрол.
• Основните предимства на вградената система е, че тя е в състояние да покрие голямо разнообразие от среди.
• Основният недостатък на вградената система е, че се нуждае от много време за пускане на пазара.